藜麦研究打破了100年来奇怪的小水气球理论
藜麦和许多其他生命力极强的植物都覆盖着奇怪的气球状“膀胱”，127年来人们一直认为这些“膀胱”可以保护它们免受干旱和盐分的侵害。
哥本哈根大学的研究结果表明事实并非如此。这些所谓的膀胱细胞具有完全不同但重要的功能。这一发现使得现在有可能培育出适应性更强的藜麦植物，这可能会导致这种可持续作物在全球范围内得到更广泛的种植。研究结果发表在《当代生物学》杂志上。
通过显微镜观察，它就像一个水气球。或者一件玻璃艺术品。但它只是一个所谓的膀胱细胞。如果您想知道它的用途，那么您就不是第一个。127年来，即使是植物生物学领域最聪明的人也相信，一系列耐寒植物的叶子、簇状花朵和茎上充满液体的囊泡与现在的样子完全不同。
这一发现归功于哥本哈根大学的一项新研究，该研究与研究人员的预期完全相反。新的见解或许可以用来扩大一种特别有营养和气候适应能力的作物的种植。
“藜麦被吹捧为一种面向未来的作物，因为它富含蛋白质，并且对干旱和盐分以及气候变化具有高度耐受性。科学家认为，藜麦耐受性的秘密在于藜麦表面的许多表皮膀胱细胞。植物与环境科学系的迈克尔·帕尔姆格伦教授说：“到目前为止，人们一直认为它们是一种盐场并储存水。但事实并非如此，而且我们有强有力的证据证明这一点。”
三年前，一个由博士领导的研究小组。学生马克斯·穆格(MaxMoog)和他的导师迈克尔·帕尔格伦(MichaelPalmgren)开始以以前从未使用过的方式研究藜麦植物的表皮膀胱细胞。他们希望了解这种植物抵抗盐分和干旱的机制。
为此，研究人员培育了没有膀胱细胞的突变植物，以比较它们对盐和干旱的反应与覆盖有膀胱细胞的野生藜麦植物。
令他们惊讶的是，研究人员发现膀胱细胞对植物耐盐和干旱的能力没有积极影响。相反，它们似乎削弱了耐受性。相反，膀胱细胞充当了抵御害虫和疾病的屏障。
“无论我们将盐水倒在没有膀胱细胞的突变植物上还是将它们暴露在干旱中，它们都表现出色并且超出了预期。所以，出了问题。另一方面，我们可以看到它们严重感染了小昆虫——不像“植物上覆盖着膀胱细胞。那时我意识到膀胱细胞一定具有完全不同的功能，”马克斯·穆格(MaxMoog)说道，他现在是植物与环境科学系的博士后，也是该研究的第一作者。
当研究人员分析膀胱细胞内隐藏的物质时，他们没有发现预期的盐——尽管他们在植物中添加了额外的盐。相反，他们发现了可以击退入侵者的化合物。
“我们发现，膀胱细胞可以作为抵御饥饿害虫的物理和化学屏障。当微小的昆虫和螨虫在覆盖着膀胱细胞的植物上艰难跋涉时，它们根本无法到达它们最感兴趣的多汁的绿芽。一旦它们试图啃咬膀胱细胞，就会发现里面的东西对它们有毒，”迈克尔·帕尔姆格伦说。
除其他外，藜麦的表皮膀胱细胞含有草酸，这种化合物也存在于大黄中，对害虫具有致命的毒药。
实验还表明，膀胱细胞甚至可以保护藜麦免受植物中最常见的细菌性疾病之一——丁香假单胞菌的侵害。发生这种情况可能是因为膀胱细胞部分覆盖了植物叶子上的气孔，这是许多细菌入侵者的进入点。
“我们的假设是，这些膀胱细胞还可以预防其他植物病害，例如霜霉病，这是一种严重限制藜麦产量的真菌病，”马克斯·穆格说。
藜麦多汁的芽上覆盖着小膀胱(左)。右边是完全没有膀胱细胞的突变植物。蓝色箭头指向蓟马——一种小昆虫，是严重的害虫，突变体受到的攻击更为严重。图片来源：哥本哈根大学
额外耐受性“超级藜麦”的关键
南美作物有数千个品种，植物表面膀胱细胞的密度因品种而异。但有很多证据表明，密度决定了膀胱细胞的保护效果。
“膀胱细胞密度较高的藜麦品种很可能对害虫和疾病更有抵抗力。另一方面，它们对盐和干旱的耐受性可能稍差。反之亦然。这些变化并没有改变藜麦的事实通常对盐和干旱具有很强的抵抗力。但必须在膀胱细胞以外的其他地方找到解释。”马克斯·穆格说。
“由于在世界各地扩大藜麦种植的努力，新的知识可以用来使作物适应不同的地区条件。例如，南欧的条件非常干燥，而害虫是比北欧的干旱更大的问题。在北欧，重点关注密集覆盖着膀胱细胞的藜麦品种是有意义的。”
迈克尔·帕尔姆格伦表示，新的结果为如何相对容易地培育“超级藜麦”提供了具体的方法。“到目前为止，这些膀胱细胞在藜麦的育种中一直被忽视。如果你想要一种对病虫害具有超强抵抗力，但仍能耐受盐分和干旱的作物，你可以选择培育被密集覆盖的品种。膀胱细胞。因此，我们现在可能拥有一种工具，可以让我们简单地杂交培育出具有更高耐受性的“超级藜麦”，”MichaelPalmgren说。
研究结果为我们对藜麦的了解增加了一个新的维度。到目前为止，人们对植物如何防御敌对生物体的攻击知之甚少。
“现在我们知道，藜麦不仅能耐受干旱和盐等非生物压力源，还能耐受害虫和病原菌等生物影响。与此同时，我们发现了这些看起来奇怪的秘密。膀胱细胞。这项研究是一个例子，说明既定的事实并不总是正确的，”教授总结道。